Новая технология биопечати точно размещает тканевые сфероиды с помощью аспирации

Исследователи из Университета штата Пенсильвания разработали новый метод биопечати, который использует аспирацию (всасывание) микроскопических биологических объектов, таких как сфероиды, клетки и тканевые тяжи, для их точного размещения в 3D-структурах — как на каркасах, так и без них — с целью создания искусственных тканей с естественными свойствами.

"Тканевые сфероиды всё чаще используются в качестве строительных блоков для создания тканей, но их точная биопечать была серьёзным ограничением, — отметил Ибрагим Т. Озболат, доцент инженерной науки и механики. — Кроме того, эти сфероиды в основном печатались без каркаса, что не позволяло использовать их для создания структур с каркасом".

Использование каркасов необходимо для многих приложений в регенеративной медицине, тканевой инженерии, а также для создания микрофизиологических систем для моделирования заболеваний или скрининга лекарств.

Команда Озболата использовала аспирационную биопечать вместе с обычной микроклапанной печатью для создания как однородных тканей, так и тканей, содержащих различные типы клеток.

Принцип работы: метод использует силу всасывания для перемещения микроскопических сфероидов. Подобно тому, как можно поднять горошину, приложив к ней соломинку и втянув воздух, аспирационная биопечать захватывает тканевой сфероид, удерживает его за счёт всасывания до момента точного размещения в нужном месте, а затем отпускает. Исследователи сообщают о своей работе в журнале Science Advances.

"Конечно, мы должны осторожно аспирировать сфероиды в соответствии с их вязкоупругими свойствами, чтобы не повредить их при переносе на гелевый субстрат, — пояснил Озболат. — Сфероиды должны оставаться структурно целыми и биологически жизнеспособными".

Результаты:

• Контролируя точное размещение и тип сфероида, исследователи смогли создать образцы гетероклеточных тканей, содержащих разные типы клеток.
• "Мы впервые продемонстрировали, что, контролируя расположение и расстояние между сфероидами, мы можем управлять коллективным капиллярным прорастанием", — заявил Озболат. Исследователи создали матрицу из сфероидов с капиллярным прорастанием в заданных направлениях. Капилляры необходимы для создания жизнеспособных тканей, так как доставляют клеткам кислород и питательные вещества.
• Точное размещение также позволяет создавать сложные ткани, например, костную. Начиная с мезенхимальных стволовых клеток человека, учёные обнаружили, что клетки дифференцируются и самоорганизуются в костную ткань.

Значение и перспективы:

• Создание искусственных живых тканей ценно не только для регенеративной медицины, но и для тестирования лекарств и скрининга химических продуктов.
• Метод может быть экономически эффективным, так как необходимое оборудование стоит менее $1000 и просто в использовании.
• Система может найти применение в широком спектре областей: "органы-на-чипе", устройства для тестирования лекарств, микрофлюидика, модели человеческих заболеваний in vitro, инженерия органоидов, биофабрикация и тканевая инженерия.
• Для создания более крупных тканей за меньшее время систему необходимо доработать для высокопроизводительной печати сфероидов.
• Озболат также предполагает, что биопечать электроцитов электрического угря, вырабатывающих ток, может в будущем привести к созданию "живых батарей".